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八年级下册拓展资源——四维的勾股定理 平方后等于负1的数称为虚数，用i表示。i的3倍记为3i、7倍记为7i，它们都是虚数。1与－1的平方都是1，平方为－1的数原本是没有的，虚数是在‘如果有的话’的前提下提出的概念。由实数和虚数组合成的数叫做复数，复变函数是专门研究复数的数学分支。假设在宇宙的最初（如同霍金所提倡的）时间是虚数，  ， 由于加速度为距离除以时间的平方，所以当时间为虚数时，力的符号变为负（反方向）。难以逾越的高墙反过来变成了深深的堑壕，在力学上势能（位置能）的符号发生了变化，封闭着能量的口袋在一瞬间消失，从而揭开了宇宙大爆炸的序幕，在此瞬间里时间由虚变实，变成了通常的膨胀。关于大爆炸以前的虚时间难于讲解，示意图也画不出来的，普通的时间尚无法看见，更别提看见虚时间了。我们的意识在一定程度上能够推定时间的经过，如果这时间是虚时间的话将会怎样呢？谁也说不出来。霍金为了避开奇点用数学公式表示了时间的连续性，但是他却回避不了大爆炸前的虚时间。 虚时间的提出，消除了宇宙创生于奇点的困惑。接下来，笔者用比较易懂的狭义相对论的公式，再对虚时间进行一些讲解。 狭义相对论认为，光速是不变的，长度及时间随测量方法的不同而不同，时间与长度具有同等的资格。因此狭义相对论的公式是四维公式。 设x、y、z为三维空间坐标的互相垂直的三个轴，t为时间。为了使时间成为用长度表示的维，把时间与光速c的乘积ct作为代表第四维的轴。假定光从A点出发沿直线（按狭义相对论观点）到达B点，所需时间为t，则AB间的直线距离为ct。一般地说，时间轴与x、y、z轴中的任何一个轴都不是互相垂直的，长度ct中含有各个轴的成份，光走过的距离ct相当于以x、y、z为三边的立方体的对角线之长，满足三维勾股定理（如图），  。也可以写成   如果将相对论的时间记述为三维空间里的一维时间的话，-（ct）2与x2、y2、z2之和总应该为零。请注意：在数学处理上必须不带任何区别地看待时间与空间。四维几何学很难用我们的常识去理解，在四维几何学里从一开始就把ct作为一个独立的坐标，而不是光传播于x、y、z三维空间里……。四维空间中的距离并不一定为零，而是一个定数，四个维的平方之和表示四维超立方体对角线的平方（称为扩张的勾股定理），即在四维几何学中，时间与空间之间存在下述关系：  ，S是个定值，与光从A到B的过程有关。这个公式是四维时空间里的物理学公式。在原来的勾股定理中，各边的平方均为正值，只有与时空间有关的时间项的平方为负值，也就是把-（ct）2看作是加上一个负的项。 (责任编辑：admin) |